פתרה את סוד האנרגיה: פריצת הדרך ההיסטורית של IBM

לראשונה אי פעם: צוות מדענים של ענקית המחשוב IBM, המעבדה הלאומית Oak Ridge National Laboratory בטנסי, ומכון המחקר הרפואי Cleveland Clinic, הצליח לחשב תשע תצורות מולקולריות של חומר פוטנציאלי לייצור דלק להיתוך גרעיני, באמצעות מחשב קוונטי.

החישובים, המתוארים במאמר חדש, נחשבים למאתגרים במיוחד עבור מחשבים קלאסיים כאשר הם פועלים לבדם, ולכן המדענים השתמשו בשילוב של מחשב-על קלאסי ומחשב קוונטי. שיטה זו מאפשרות לחשב את ההתנהגות הקוונטית של אלקטרונים בחומרים מורכבים, ובכך משלימות ומרחיבות את יכולותיהם של מחשבי-העל והאלגוריתמים הקלאסיים.

מדובר בצעד משמעותי בדרך לאופטימיזציה של ייצור והפקת טריטיום, גרסה רדיואקטיבית של היסוד מימן, חומר נדיר ביותר בטבע הנחוץ לייצור אנרגיית היתוך ברוב הכורים הפעילים כיום. הבטחת אספקה מספקת של טריטיום הייתה ועודנה חסם משמעותי בדרך למימוש השימוש בתחנות כוח המבוססות על היתוך גרעיני לאספקת אנרגיה נקייה.

מחשבים קוונטיים מתאימים במיוחד לחישובים ברמה האטומית של תרכובת מלח מותך המכילה פלואור, ליתיום ובריליום וקרויה FLiBe - אחד החומרים המובילים להפקת טריטיום בכורי היתוך. אופטימיזציה של ה"מתכון" המתאים ביותר של מולקולות FLiBe נחשבת כיום לאחד האתגרים המורכבים ביותר במדע ובהנדסה, משום שהחומר הופך לא יציב תחת קרינת ניוטרונים עזה, טמפרטורות קיצוניות ושדות מגנטיים.

פתרון האתגר הזה הוא אחת המטרות המרכזיות של תוכנית Genesis של משרד האנרגיה האמריקני. תוכנית זו מבקשת לשלב מחשוב עתיר ביצועים (מחשבי-על), בינה מלאכותית ומחשוב קוונטי באתרי המחקר הלאומיים כדי להאיץ גילויים מדעיים. חלקה של IBM בשיתוף הפעולה הוא לבחון כיצד השילוב הזה יכול להתמודד עם אתגרים לאומיים משמעותיים כגון יצירת מודלים מדויקים של אינטראקציות מורכבות בין חומרים בדרך לפיתוח מקור דלק להיתוך גרעיני.

שיתוף הפעולה בוחן גם כיצד ניתן לקצר את זמני העברת הנתונים בין המחשבים הקוונטיים והקלאסיים ולהגדיל את היקף האינטראקציות המולקולריות שניתן לדמות בסימולציה. בעתיד מקווים החוקרים שכלל קהילת המחקר בתחום אנרגיית ההיתוך תוכל להשתמש בידע הזה כדי לתכנן ולאמת חומרים חדשים.

חברת IBM רשמה השנה שורת הישגים המדגימים את השימושיות המדעית של מחשבים קוונטיים. שילוב של מחשב-על קלאסי ומחשב קוונטי ביצע לאחרונה סימולציות של חלבונים המורכבים מ-12,635 אטומים. כמו כן, חוקרי IBM הצליחו לדמות חומרים מגנטיים אמיתיים וליצור מולקולת חצי-מביוס שמעולם לא נצפתה קודם לכן בטבע.